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Behavior

一次運動野の皮質内抑制は注意の焦点を変更することで変調することができます。

Published: September 11, 2017
doi:
10.3791/55771
, , ,
1Department of Medicine, Movement and Sport Sciences,University of Fribourg

Summary

2 つの異なる経頭蓋磁気刺激 (TMS) プロトコルを使用して、この原稿は測定し、さまざまな注意焦点を採用するとき、一次運動野の皮質内抑制を比較する方法をについて説明します。

Abstract

注目の内部フォーカス (IF) と比較して外部フォーカス (EF) が運動学習とパフォーマンスを向上させることも認識されます。研究は、精度、バランス、利点強制的に生産、跳躍性能, 運動速度, 酸素消費量と作業の疲労を示されています。EF の戦略を使用しての行動の結果がよく、探検が神経の基になるメカニズムは不明のまま。最近 TMS 研究は、EF と IF の間一次運動野 (M1) の活性を比較しました。正確には、この研究は、EF を採用し、皮質内抑制性回路の活動が拡張されを示した。

行動のレベルでは、議定書最初背側骨間 (FDI) の最大の収縮を実行するときタスクの失敗 (TTF) 時間に注意の焦点の影響をテストします。さらに、現在の紙は注意条件が M1 内皮質抑制性回路の活動に及ぼす影響を評価するために 2 つの TMS のプロトコルについて説明します。したがって、本稿は、強度を運動閾値 (subTMS) の下での単一パルス TMS と M1 に適用すると、短い間隔皮質内抑制 (SICI) を誘発するペアパルス TMS を使用する方法について説明します。これらのメソッドは、脊髄反射回路の影響を受けず、gaba 作動性抑制性ニューロンの応答性を反映すると見なされます、彼らは M1 内の皮質内抑制性回路の活性の測定に適しています。

結果は、参加者がタスクの失敗に時間を延長することができる外部の注意を向ける運動パフォーマンスを向上させることを示します。さらに、IF と比較して EF を採用するとき、結果はより大きい subTMS 誘発筋電図抑制と SICI を伴っていた。M1 内の皮質内抑制のレベルはモーターの性能に影響を及ぼす以前示した、EF と拡張の抑制と長期の TTF で示された行動のタスクにみられる運動効率の向上に貢献するかもしれない、EF。

Introduction

IF と比較して EF を採用または中立的な焦点運動パフォーマンスと多数の設定1での学習を促進することが今一般に受け入れられます。それが示されている、たとえば、精度2,3では利点につながる EF を採用することと、4,5,6のバランス、生産7、8パフォーマンスのジャンプを強制的に7,9,10,11、移動速度12、酸素消費13,14、および疲労タスク15,16。

一方、脳の活性化、すべての動きの基礎であるので、運動の神経制御のいくつかの側面を検討されている.たとえば、レベルと M1 内の皮質内抑制を調節する能力はすくみ調整17、姿勢制御18、器用さ19などの運動機能に強い影響力を持っている示されています。さらに、高齢者や子供 (生まれた早産20) などの若い大人よりも貧しいモータ制御能力を持つ集団は、あまり顕著抑制を通常表示されます。したがって、抑制過程の役割ではありませんがまだよく理解し、抑制のプロセスそれにもかかわらずよう運動遂行の質に重要な一般的にです。

皮質内抑制性回路を調査する可能性は、非侵襲的な経頭蓋磁気刺激 (TMS) を使用することです。最も一般的に使用される刺激プロトコル SICI を誘発するペアパルス TMS (ppTMS) に適用されます。このプロトコルは、1-5 ms21,22,23の刺激間隔で刺激閾コントロール刺激応答の振幅を低減する運動閾値下刺激を使用してください。,24.、コントロール刺激の割合として報告、運動誘発電位 (Mep) の振幅比較できる条件が、皮質の阻害活性と M1 の変調についての情報を与えます。

Intractortical 抑制性回路の活動を評価するために別の刺激プロトコルは、すべての刺激の強度の運動閾値 (すなわちsubTMS) 以下に配信先の単一パルスを適用されます。このプロトコルは、継続的な筋活動18,25,26の抑制を誘導します。このいわゆる subTMS 誘発筋電図抑制は、金額と期間の点で比較できます。このプロトコルは広く使用されません、標準 SICI プロトコルに比べていくつかの利点があります。このプロトコルは、閾刺激を誘発しないよう運動の遂行を妨害しません。両方の方法は、皮質内ガンマ-アミノ酪酸 (GABA) 抑制性介在ニューロン23,27の応答をテストします。

モーターの性能1の場合と比較して、EF を使用してよく知られている利点があるにもかかわらず根本的な神経プロセスは不明します。FMRI 研究28,、M1、体性感覚、主に血中酸素レベル依存 (BOLD) 活性化を高めたと島国的な皮質科目指を実行するシーケンスし IF と比較して EF を採用を示した。別の最近の研究16規定 EF に関連付けられている M1 の活性の増強、実際、できる皮質内の高められた活動のため、興奮性と抑制性の活動を fMRI29によって区別できないが、抑制性回路。正確に、この研究は、抑制性 Gaba ニューロンの興奮性を注意フォーカスと同じ人で採用の種類によって即座に変調することができることを示した。

現在のプロトコルの主な目的は、M1 内の皮質内抑制性回路の活動認知操作 (すなわち、注意書きのフォーカス) の即時の効果を比較する 2 つの可能な方法を示すことです。SubTMS と ppTMS の両方が使用されます。さらに、このプロトコルは、FDI の最大等尺性持続収縮の TTF の調査で非常に制御された方法でモーターの挙動に注意巣の影響を探索する 1 つの方法を示しています。

Protocol

このプロトコルはローカル倫理委員会によって承認された、実験 (1964 年) ヘルシンキ宣言に従って。 1。 倫理的な承認と件名命令 測定を開始する前に潜在的なリスク要因と研究の目的についてのすべての参加者に指示します。結果に影響を与える可能性がありますこれは、注意の焦点の情報を与えること。TMS の研究設定 30 のアプリケーショ?…

Representative Results

注意の焦点の運動パフォーマンスに及ぼす影響: 現在の研究では行動のテストは、運動課題の実現可能性を証明するために、EF を適用するときに積極的に反応した主題を識別するために使用されました。以前の研究 (レビュー1参照)、我々 の結果を示す長期 TTF 参加者が IF と比較して EF を採択したとき (<stro…

Discussion

このプロトコルは、TMS を用いた M1 内抑制性回路の活動を調査する 2 つの方法を示しています。もっと正確に、これらの 2 つのプロトコルは、M1 内抑制性回路の活動に注意の焦点の影響を調査する本研究で使用されています。

本手法の 1 つの制限は、前円滑化せず subTMS 誘発筋電図抑制が発生する可能性はない常にことです。この研究では、たとえば、4 科目削除しなけ?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

著者の謝辞があります。

Materials

MC3A-100 Advanced Mechanical Technologies Inc., Watertown, MA, USA – Force transducer
BlueSensor P Ambu A/S, Bellerup, Denmark – Ag/AgCl surface electrodes for EMG
Polaris Spectra Northern Digital, Waterloo, ON, Canada – neuronavigation system, active or passive markers tracker
Localite TMS Navigator Version 2.0.5 LOCALITE GmbH, Sankt Augustin, Germany – navigation system for transcranial magnetic stimulation (TMS)
MagVenture MagPro X100 MagVenture A/S, Farum, Denmark 9016E0711 Transcranial magnetic stimulator
MagVenture D-B80 MagVenture A/S, Farum, Denmark 9016E0431 TMS coil (figure of eight)
Goniometer N/A – Custom-made goniometer
Othopedic splint N/A – Custom-made splint
Recording software LabView based – Custom-made script
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Intracortical InhibitionPrimary Motor CortexAttentional FocusTranscranial Magnetic StimulationSubTMSSICIMotor PerformanceInhibitory CircuitsGABAergicMaximal Voluntary ContractionsForce Transducer

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Kuhn, Y., Keller, M., Ruffieux, J., Taube, W. Intracortical Inhibition Within the Primary Motor Cortex Can Be Modulated by Changing the Focus of Attention. J. Vis. Exp. (127), e55771, doi:10.3791/55771 (2017).
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